Análisis del drenaje en explotaciones mineras

265
INTERCADE
CONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
529
Mgtr. Daniel Augusto Tripodi - Consultor Intercade
REDES DE FLUJO
Entre A1 y A2 escurre el mismo caudal Q:
Los gradientes hidráulicos son:
Para equipotenciales de igual pérdida de carga:
4. FLUJO DE AGUA EN SUELOS
4.1 Análisis del problema de las redes de flujo
2
A
1
4
3
b
b
h h h0 1
1
2
2
4
1
3
a
a
1
2
A2
Q = K A i = K A i
i = i =y
a b =
l
l l
l
h - h
h
a b
h
h - h
1 2
0 11 2
1
1
1
1 2
2
2
2 2
530
REDES DE FLUJO
Es decir que:
Esto significa que la relación de los lados de los rectángulos
de una red de flujo, formados por la intersección de líneas de
corriente y equipotenciales, es constante.
Es decir que si un elemento de la red de flujo es
aproximadamente cuadrado a1≈ l1 todos los demás también
lo serán.
2
A
1
4
3
b
b
h h h0 1
1
2
2
4
1
3
a
a
1
2
A2
a a
= = constante
l l
1 2
1 2

266
INTERCADE
www.intercade.org
531
REDES DE FLUJO
La ventaja en el pasado de este método, es que constituye una
resolución gráfica al problema de flujo en medios permeables
saturados.
Las redes se trazan por tanteos, intentando que se materialicen
cuadrados en la malla.
Es fundamental que la definición de las condiciones de borde
sea lo más acertada posible.
532
REDES DE FLUJO
Ejemplo sencillo: 3 tubos de flujo y 6 caídas de presión en
conducción entre bordes impermeables paralelos.
Determinar la filtración para K = 1 . 10-4 m/s
h- dhh
h = 40 mh = 100 m
A Bds
D C
dm
E
H G
F
dQ

267
INTERCADE
www.intercade.org
533
REDES DE FLUJO
Se calcula ∆h dividiendo la carga
total disponible por el número de
caídas de presión (NP).
El caudal conducido por cada tubo de flujo será:
El caudal total por unidad de ancho será Q = dq.Nt, siendo Nt el
número de tubos trazado en la red de flujo:
h- dhh
h = 40 mh = 100 m
A Bds
D C
dm
E
H G
F
dQ
dq =
Q = K H
h H
N
100 - 40
6N
N
K a = h K con h = = m = 10m
1
1
p
p
t
l
534
REDES DE FLUJO
Con los datos del ejemplo:
K= 1 . 10-4 m/s
Nt = 3
Np = 6
Queda:
Q = 1 . 10-4 m/s . 60 m . (3/6)
Q = 3 . 10-3 m2/s
Recuérdese que es un problema bidimensional, este es el
caudal por metro de ancho (equivaldría a 3 l/s x m, o 10,8
m3/h x m).
h- dhh
h = 40 mh = 100 m
A Bds
D C
dm
E
H G
F
dQ

268
INTERCADE
www.intercade.org
535
REDES DE FLUJO
Otros casos:
Grava
x
2
Nivel de Terreno
536
REDES DE FLUJO
Otros casos:
Presa de concreto
Ataguía

269
INTERCADE
www.intercade.org
537
REDES DE FLUJO
Otros casos:
Línea freática
Filtro de pies
538
REDES DE FLUJO
Otros casos:
Impermeable

270
INTERCADE
www.intercade.org
539
REDES DE FLUJO
Otros casos:
540
REDES DE FLUJO
Otros casos:
Subdren

271
INTERCADE
www.intercade.org
541
REDES DE FLUJO
Otros casos:
Relleno
Subdren
542
Drenaje de explotaciones mineras
Las actividades mineras se encuentran estrechamente
vinculadas al agua.
A diferencia de otras actividades (agrícola, ganadera,
etc.) la minería no es gran consumidora de agua.
Pero muchas veces la actividad minera requiere la
evacuación al medio de grandes cantidades de agua.
4.2 Drenaje

272
INTERCADE
www.intercade.org
543
Drenaje de explotaciones mineras
En la gestión del agua, dado que debe incorporarse la
preocupación por el drenaje.
Problema del drenaje minero: captar, transportar y
evacuar el agua hacia el entorno (no provocar daños).
Visión del drenaje de agua en las distintas etapas de un
proyecto minero.
4.2 Drenaje
544
4.2 Drenaje
EXPLORACION INICIAL
INFLUENCIA MODERADA DE
LAS AGUAS SUBTERRANEAS
GRAN INFLUENCIA DE LAS
AGUAS SUBTERRANEAS
EVALUACION
DETALLADA
OPERACION
NO VIABLE
OPERACION VIABLE
CON CONDICIONES
DRENAJE NO
PRACTICABLE
ESTUDIOS DE GABINETE
ESTUDIOS DE CAMPO
INFLUENCIA NULA DE LAS
AGUAS SIBTERRANEAS
DRENAJE NO
NECESARIO
ANALISIS DE LAS CONDICIONES
ACTUALES Y FUTURAS DE LAS
AGUAS SUBTERRANEAS
INTEGRACION DE DATOS Y
DESARROLLO DE MODELOS
DRENAJE NECESARIO O
ADECUADO
MONITORIZACION
DEL EMPLAZAMIENTO
DISEÑO PRELIMINAR DE LA
SOLUCION INTEGRAL DE DRENAJE
CONSTRUCCION E IMPLANTACION
DE LA SOLUCION DE DRENAJE
INGENIERIA Y PROYECTOINGENIERIA Y PROYECTO
ETAPADEPERFORACIONETAPADEDESARROLLOMINEROETAPADEVIABILIDAD
INTRODUCCION DE MEJORAS Y
MODIFICACIONES
MONITORIZACION A LARGO
PLAZO Y REVALUACION
PUESTA EN MARCHA
FAVORABLES MEDIAS DESFAVORABLES
CONDICIONES DE LAS AGUAS SIBTERRANEAS
EVALUACION DE LA SOLUCION
(INCL. MODELIZACION)

273
INTERCADE
www.intercade.org
545
En el diseño de un sistema de drenaje en explotaciones
mineras, intervienen varios factores, al menos:
• Entorno ambiental
• Hidráulica
• Geología
• Climatología
• Hidrología
• Hidrogeología
• Geotecnia
• Entorno socioeconómico
4.2 Drenaje
546
4.2 Drenaje
CLIMATOLOGIA
GEOLOGIA
PLANTEMIENTO DEL
DRENAJE DE UNA
EXPLOTACION
HIDROLOGIA
HIDROGEOLOGIA
GEOTECNICA
ENTORNO
SOCIO ECONOMICOENTORNO AMBIENTAL
HIDRAULICA
PRECIPITACIONES MAXIMAS
AGUAS DE ESCORRENTIA
PERMEABILIDADES
NIVELES PIEZOMETRICOS
GRADIENTES HIDRAULICOS
CURVADE GASTOS
CUANTIFICACION DE DESCARGAS
MODELOS DE SIMULACION DE
FLUJOS
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE CAMARAS Y
TUNELES
VARIACION DE PARAMETROS POR
EFECTO DE LAS AGUAS
SUBTERRANEAS
ABASTECIMIENTO
HABITATS DE FLORA Y FAUNA
AFECTADOS
CALCULOS DE BOMBAS YTUBERIAS
LITOLOGIAS
DISTRIBUCION ESTRATIGRAFICA
DISCONTINUIDADES, FALLAS Y
FRACTURACCIONES
EXTENSION DE CUENCAS
PUNTOS DE RECARGAY
SUMIDEROS
ETC.
CANALES DE GUARDA
HUMEDALES
CAUDALES MINIMOS ECOLOGICOS
CALIDADES
SENSIBILIDAD AMBIENTAL
CAUDALES CAPTADOS
INDUSTRIAS Y USOSAGRICOLAS
QUE PUEDAN INCIDIR
CALIDADES
USOS DELAGUA
AGUAS EVAPO TRANSPIRACION
AGUAS DE INFILTRACION
CUENCADE RECEPCION
TEMPERATURAS

274
INTERCADE
www.intercade.org
547
Escorrentías superficiales:
Para dimensionar los elementos de desagüe (canales,
bombas, tuberías, etc.), se deben considerar diversos
factores:
• Topografía/morfología cuencas
• Temperatura/permeabilidad
• Curvas IDF de lluvias
• Físicos
• Geomorfológicos
• Geológicos
• Cubierta del terreno
4.2 Drenaje
548
Drenaje en explotaciones a cielo abierto:
Según localización, distintos tipos de actuación
4.2 Drenaje
ACTUACION LOCALIZACION
EXTERIOR INTERIOR
PREVENTIVA
PASIVA
ACTIVA
Desvios de
cauces.
Canales de
guarda
Cunetas de banco
Bombas de fondo
Sondeos en el
interior.
Zanjas en fondo de
mina
Barrenos
horizontales.
Sondeos desde
superficie
Pozos y galerías
Zanjas
de coronación

275
INTERCADE
www.intercade.org
549
Desvío de cauces
4.2 Drenaje
550
Perforación de pozos de bombeo exteriores
4.2 Drenaje
4
2
1
5
6
7
N.F ORIGINAL
NIVEL FREATICO
DREPRIMIDO
3

276
INTERCADE
www.intercade.org
551
Galerías de drenaje
4.2 Drenaje
552
• Ventajas: gran capacidad drenante, actuaciones a
largo plazo, poca servidumbre, no interfieren en
actividades en superficie, efectivas en presencia de
> permeabilidad vertical (que mejora con taladros).
• Desventajas: poca efectividad en presencia de baja
permeabilidad vertical y alto costo.
4.2 Drenaje

277
INTERCADE
www.intercade.org
553
4.2 Drenaje
ESPESOR DE LA
ZONA FRACTURADA
SONDA DE PERFORACION
GALERIA DE DRENAJE
CORTE DE LA ZONA FRACTURADA
POR LOS BARRENOS DE DRENAJE
554
Mina de Jeffrey, en Canadá (Fuente: Ortiz de Urbina,2009)
4.2 Drenaje
BOMBO DE AGUA
DE DRENAJEA UN
LAGO
TUBERIA 12
POZO DE
EXPLOTACION
NIVEL600
TUBERIA 6
ESTACION DE
BOMBEO
REPRESAS DE LODOS
BARRENO DE DRENAJE
REPRESADE LODOS
Nº6
NIVEL 1500 ESTACION PRINCIPAL DEL BOMBEO
AGUA LIMPIANIVEL1600
POZO Nº2

278
INTERCADE
www.intercade.org
555
Inclinación de bermas (en el interior)
4.2 Drenaje
1 - 2%
1 - 2%
1 - 2%
ZANJAS DE PIE DE TALUD
556
Varios (en el interior)
4.2 Drenaje
GRIETADE FRACCION ABIERTA
CUNETA DE GUARCAREVESTIDA
SELLADO SUPERFICIAL DE GRIETAS
RELLENO DEGRAVA
POSIBLE SUPERFICIE DE DESLIZAMIENTO
DREN HORIZONTAL
BOMBASUMERGIBLE
DRENES SUPLEMENTARIOS
GALERIA DE DRENAJE
DRENES HORIZONTALES
ZANJA DE DRENAJE
(CAPASHORIZONTALES)
ZANJA DEDRENAJE
(CAPAS HORIZONTALES)
CUNETAREVESTIDA
DRENAJE DE LAGRIETA
POZO DE BOMBEO
GRIETAS SELLADAS

279
INTERCADE
www.intercade.org
557
Sondeos horizontales
4.2 Drenaje
Piezometro
Tubería
colectora
Drenaje horizontal
558
Sondeos horizontales
4.2 Drenaje

280
INTERCADE
www.intercade.org
559
Pozos de bombeo
4.2 Drenaje
NIVEL FREATIVO
DEPRIMIDO
CORTA
NIVEL FREATICO
PRIMITIVO TOPOGRAFIA
ORIGINAL
POZOS DE
BOMBEO
BOMBAS
560
Drenaje en explotaciones subterráneas:
En explotaciones subterráneas, interesa disminuir el
caudal de bombeo, y proporcional al coste de energía.
El agua suele contener sólidos en suspensión, lo que
condiciona el drenaje, también se extraerá el agua en
función a la profundidad.
Puede ser necesario implementar tratamientos previos
(clarificación, extracción de lodos, etc.).
4.2 Drenaje

281
INTERCADE
www.intercade.org
561
En el agua, al circular por cámaras, rampas, galerías y
pozos, irán cargándose lodos, debido a:
• Detritus de perforación
• Material fino generado por voladuras
• Degradación del mineral por carga y transporte
• Degradación capas rodadura en galerías y rampas
• Finos de rellenos de huecos de explotación
Distintos métodos de bombeo.
4.2 Drenaje
562
4.2 Drenaje
Profundidad
Clarificación previa (Segunda etapa de
clarificación con espesado y filtrado)
Una etapa de clarificación
(Clarificador flujo horizontal)
Caudal con sólidos en suspensión
Tonelada de mineral tratado
DIRECTO
1.000 m
300 m
100 m
Pocos sólidos

282
INTERCADE
www.intercade.org
563
4.2 Drenaje
Agua sucia de mina
Clarificación previa
Lodos de baja
densidad
(< 10% sol. Peso)
Agua limpia
Bombeo a superficie
1ª Etapa decantación
Espesado / Filtrado
(2ª y 3ª Etapa)
Extracción en
fase sólida
Bombeo a superficie
Agua sucia
de mina
(<2%
sol peso)
Bombas
centrífugas
Camión /
Cinta T.
Bombas de
pulpas b.d.
Bombas de
agua sucia
Bombeo a superficie
(Bombas especiales
de sólidos)
564
Uno de los principales problemas que se presenta
cuando se excava el terreno en presencia de aguas
subterráneas, es el de rebajar el nivel freático.
Dependiendo de la permeabilidad del terreno, el agua
tardará más o menos tiempo en inundar la zona de
trabajo.
Además, las fuerzas de filtración presentes, pueden
ocasionar problemas de estabilidad en el corte del
terreno.
4.3 Abatimiento del nivel freático en excavación

283
INTERCADE
www.intercade.org
565
Una de las soluciones, es el abatimiento del nivel
freático previo al inicio de la excavación o durante ésta,
de manera que el fondo de la excavación esté “seco”,
permitiendo las labores o funcionalidad.
566
Uno de los sistemas de mayor popularidad, es el
wellpoint que consiste en una serie de puntas filtrantes
instaladas alrededor del área a drenar y unidas a un
colector.
Por dicho colector el agua es aspirada mediante una
bomba de agua especial y una bomba de vacío.
Es posible con esta implementación, excavar el terreno
bajo el nivel freático.

284
INTERCADE
www.intercade.org
567
Red de abatimiento del nivel freático de un nivel
Fuente: drenajes.es
Colector
Wellpoint 1er nivel
de extracción
Primera excavación
Segunda excavación
Superficie freática 1er nivel
568
Sistema escalonado
1er NIVEL
2º NIVEL
3er NIVEL
NIVEL FREATICO ORIGINAL

285
INTERCADE
www.intercade.org
569
En planta
Evacuación
de agua
Bomba 1 Bomba 2
ZONA DE EXCAVACION
SISTEMA DE WELLPOINT EN PERIMETRO DE
ZONA DE EXCAVACION
570
Combinación de pozos de bombeo y sistema wellpoint
NIVEL FREATICO ORIGINAL
Superficie freática reducida
Welpoint

286
INTERCADE
www.intercade.org
571
Estimación del caudal de drenaje para abatir el nivel
freático en una excavación.
El caso más típico: zanja tablestacada.
T
T
h
b
8 = 2b
d
d
1
1
2
2
572
Zanja indefinida:
Gradiente por unidad de longitud:
Caudal por unidad de longitud:
T
T
h
b
8 = 2b
d
d
1
1
2
2
isalida
h
d
kh
Q =
2 1
1
2
2
2
X
+
+
=

287
INTERCADE
www.intercade.org
573
Zanja indefinida
T
T
h
b
8 = 2b
d
d
1
1
2
2
0
0
1
2
3
0.2
12y
0.4
d d
TT
1 2
21
0.6 0.8 1
1
0
2
1.5
2.5
3456
T
=
b
2
574
Excavación circular
Gradiente a la salida
Caudal
T
T
h
b
8 = 2b
d
d
1
1
2
2
isalida
h
d
khQ = R1,6
2 1
1
2
2
2
X
+
+
= 1,3

288
INTERCADE
www.intercade.org
575
Excavación cuadrada
T
T
h
b
8 = 2b
d
d
1
1
2
2
i
i
salida (en los puntos medios de los lados) =
salida (en los vertices) =
kh
Q = B2,8
1,3
1,7
x
x
h
h
d
d
1 2
2
2
1
1
2
2
2
2
+
+
+
576
En Geotecnia, la aparición de grietas de tensión son un
problema típico de excavaciones y de cimentaciones
que se encuentran cerca o en el coronamiento de
taludes.
Diferencia entre cimentación en terreno plano y
cimentación en coronamiento de talud: la falta de
confinamiento lateral.
4.4 Análisis de grietas de tensión

289
INTERCADE
www.intercade.org
577
Fuente: Suárez Díaz, 2006
CONSTRUCCION
COFINAMIENTO
LATERAL
ESFUERZOS
SOBRE EL SUELO
578
CONSTRUCCION
COFINAMIENTO LATERAL
O DISMINUIDO
ESFUERZOS
SOBRE EL SUELO

290
INTERCADE
www.intercade.org
579
CONSTRUCCION
ESFUERZO DE
TENSION
580
GRIETAS DE
TENSION

291
INTERCADE
www.intercade.org
581
La falta de confinamiento lateral en la masa de suelo
puede generar los siguientes problemas:
• Aparición de esfuerzos de tensión en el suelo de
cimentación y posibilidad de agrietamiento del suelo,
la cimentación, la mampostería y la estructura.
• Disminución de la capacidad de soporte del suelo de
cimentación debido a la presencia del talud.
582
La falta de confinamiento lateral en la masa de suelo
puede generar los siguientes problemas:
• Variación de los módulos de reacción del suelo a
medida que la cimentación se acerca al talud, lo cual
puede inducir asentamientos diferenciales.
• La falla de los taludes al cortante, la cual se evalúa
mediante sistemas de equilibrio límite.

292
INTERCADE
www.intercade.org
583
La profundidad de la grieta de tensión puede obtenerse
mediante la siguiente ecuación:
Donde:
Zc : profundidad de la grieta de tensión
c : cohesión del terreno
γ : densidad del terreno
φ : ángulo de fricción del terreno
zc
2c
tan2
2
1
(45 + )=
584
Capacidad de soporte para cimentaciones en taludes.
En suelos cercanos a taludes la capacidad de soporte
es menor que en el terreno plano.
Según Meyerhof (1957) la capacidad de carga es:
Ncq y Nγq, factores de capacidad, se estiman de ábacos
(se distinguen dos casos).
q = cN BNcq q+
2
1

293
INTERCADE
www.intercade.org
585
Capacidad de soporte para cimentaciones en taludes
Factor de estabilidad
Ns
c cohesión
peso unitario
H/c=
=
=
D
B
8
600
500
400
300
200
Ángulo de
fricción
45º
40º
30º
40º
45º
30º
Nq
100
50
25
10
5
1
0 10º 20º 30º 40º
7
6
5
4
3
Ncq 2
1
0 20º 40º 60º 80º
5
4
3
2
1
0
0
Factor de estabilidad
de talud Ns
D/B = 0; Línea continua
INCLINACION DEL TALUD
D/B = 1; Línea discontinua
586
Capacidad de soporte para cimentaciones en taludes
B
D
b
Caso II
Nq
Talud
9
8
7
6
5
4
Ncq
3
2
1
0 1 2 3 4
4
90º
60º
30º
90º
90º
60º
60º
30º
30º
0º
0º
0º
0º 0
Factor de
estabilidad
0
2
5.53
5
400
Talud
Angulo de
fricción
300
200
100
50
25
10
5
1
0 1 2 3 4 5 6
30º
30º
40º
40º
40º
40º
30º
30º
20º
20º
0º
0º
0º
0º

294
INTERCADE
www.intercade.org
587
La socavación es el resultado de la acción erosiva del
flujo del agua sobre el terreno, de manera que se
arranca y acarree material.
En el lecho de un río (de no haber intercepciones, como
obras hidráulicas), el material que es “arrancado” se
reemplaza, se mantiene un perfil relativamente estable.
Pero en el caso de caudales intermitentes, por efectos
de crecidas o drenajes temporales, este material no se
reemplaza.
4.5 Análisis de socavación
588
Si en el flujo del agua se encuentra una estructura de
cimentación, la erosión puede conducir a que se pierda
la estabilidad de la misma, ocasionándose daños.
El caso de mayor interés, aunque relativamente
reciente, es el de la socavación en pilas de puente
(trabajos de Laursen, en 1949).
De utilidad en el diseño, la estimación de la profundidad
de socavación.

295
INTERCADE
www.intercade.org
589
590
Ascenso de nivel
Estribo
Flujo
hacia abajo
Hueco de socavación
Vértice vertical
Vértice principal
Vértice horizontal

296
INTERCADE
www.intercade.org
591
La profundidad máxima de socavación depende de
varios factores:
• Densidad del agua.
• Velocidad de aproximación del flujo.
• Profundidad de flujo.
• Diámetro medio de los sedimento.
592
varios factores:
• Ancho efectivo de la pila.
• Aceleración de la gravedad.
• Viscosidad cinemática del fluido.

297
INTERCADE
www.intercade.org
593
varios factores:
• Gravedad específica del material del lecho.
• Desviación estándar de la gradación del material.
• Forma de la pila.
• Alineamiento de la pila con la dirección del flujo.
594
Algunos métodos de cálculo:
• Método del FHWA (U.S. Federal Highway
Administration, software HEC-18)
• TRRL (U.K. Transport Research Laboratory)
• Laursen
• Yaroslavtziev

298
INTERCADE
www.intercade.org
595
Método de Laursen
• Supone un límite máximo de socavación local que
depende del calado, del ancho y de la orientación
de la pila.
• La socavación máxima se estima mediante la
siguiente ecuación:
596
Método de Laursen
e = 1.5 b*(H /b*) K1/3
1
L
b
b *
H
L sen α
L cos α

299
INTERCADE
www.intercade.org
597
Método de Laursen (válido para superficie arenosa)
e = 1.5 b*(H /b*) K1/3
1
e = Socavación local máxima a partir del fondo.
b* = b cos α + L sen α, siendo << α >> el ángulo agudo que forma
el lado mayor de la pila con la dirección de la corriente. Es decir b*
es el (ancho proyectado) de la pila en la dirección de la corriente.
H = Calado máximo después de producida la socavación general.
K1 = Coeficiente de calor 1 cuando el ángulo α es distinto de cero.
598
Método de Laursen. Valores de K1, para α=0
KFORMA DEL FRENTE
RECTANGULAR 1.00
0.90
0.81
SEGUN
0.81
0.75
SCHNEIBLET150N
0.78
0.69
0.75
SEMICIRCULAR
ELIPTICA
LENTICULAR
BISELADA
HIDRODINAMICA
1
P
P
P
P
R
R
R
R
= 2
= 3
= 2
= 3

300
INTERCADE
www.intercade.org
599
Método de Laursen. Valores de e/K1, función de b* y H
9
10
H
=10
H
= 9
H
= 8
H = 7
H = 6
H = 5
H = 4
H = 3
H = 2
H = 1
8
<1
e(metros)
b * (metros)
7
6
5
5
4
4
3
3
2
2
11
1
600
Control de la socavación de cimentaciones:
• Actuación en la superficie: revestimiento
(enrocado, adoquines, etc.).
• Cota de cimentación de mayor profundidad que la
cota dada, no se afectará por la profundidad de
socavación.

301
INTERCADE
www.intercade.org
601
602
Otro casos de interés: socavación en alcantarillas

302
INTERCADE
www.intercade.org
603
Otro casos de interés: socavación en alcantarillas

Análisis del drenaje en explotaciones mineras

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (19)

Destacado

Destacado (20)

Similar a Análisis del drenaje en explotaciones mineras

Similar a Análisis del drenaje en explotaciones mineras (20)

Último

Último (9)

Análisis del drenaje en explotaciones mineras